CN116423598A - 一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法 - Google Patents

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CN116423598A CN202310632204.6A CN202310632204A CN116423598A CN 116423598 A CN116423598 A CN 116423598A CN 202310632204 A CN202310632204 A CN 202310632204A CN 116423598 A CN116423598 A CN 116423598A
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Abstract

一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，本发明涉及复合材料制备技术领域。本发明为了解决木材力学性能低，可燃性强的技术问题。方法：本发明通过在极性溶液加入超声纳米氮化硼然后加入不同种二胺和二酐的缩和制备出固含量较低的聚酰胺酸溶液，利用层层浸涂法在木材表面形成一层均匀光滑的壳层结构。本发明合成的壳层具有良好的力学性能，低温和高温下稳定性良好，使得改性后的木材能够在较为恶劣的环境下依旧保持良好的性能。本发明用于木材改性领域。

Description

一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，特别是涉及一种高性能预聚合的聚酰亚胺壳层的制备方法，以及该壳层在木材性能提高的应用。
背景技术
木材作为一种天然的生物质可再生材料，木材与其他建筑材料如钢铁混凝土等相比，不仅仅具有更低的加工能耗，并且由于其绿色且环保，对当今社会倡导的碳足迹有十分积极的作用，木材主要由纤维素、半纤维素以及木质素组成，纤维素为骨架物质，以纤维的形式存在于细胞壁中构成植物细胞壁强度的主要来源；半纤维素作为基质材料，通过渗透到纤维素原纤维中增加其刚度，而木质素是一种复杂的芳香族物质，作为一种刚性芳香物质，可以渗透到细胞壁中增加其硬度。木材因为其高强重比、优秀的热与电绝缘性和天然的让人心情舒服的颜色和花纹，从古至今便一直被用于房屋、桥梁和家具等结构，是一种应用十分广泛的天然材料。但是木材因其天然的孔洞结构以及吸水的极性的羟基基团使其对于水分十分敏感，具有很强的干缩湿胀性，并且木材中的有机成分和矿物质会被菌虫侵害，使其性能大幅度下降。组成木材的三素在较低的温度下便会发生热解，作为多碳素材料，会在较低温度下散发可燃气体和焦油，因此木材表现出极高的可燃性，这些缺点大大限制了木材的应用，为了在保存木材天然优势的条件下改良其性能，并赋予木材新的特性，通常对天然木材进行改性。
发明内容
本发明为了解决木材力学性能低，可燃性强的技术问题，而提供一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法。
一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将纳米六方氮化硼加入到N，N-二甲基乙酰胺中搅拌并超声，然后静置12h，获得六方氮化硼分散液；
二、将二胺化合物加入到步骤一获得的六方氮化硼分散液中，搅拌至完全溶解，获得混合溶液；
三、将二酐化合物分多次加入到步骤二获得的混合溶液中，加入过程伴随搅拌，然后在室温、氮气氛围条件下搅拌8～12h进行反应，得到淡黄色透明粘稠PAA溶液；
四、将步骤三所得PAA溶液放入冰箱中，控制温度为0～4℃，保持48～50h，进行陈化消泡处理，获得聚酰胺酸溶液；
五、将木材裁成板材，用丙酮和无水乙醇清洗后用去离子水冲刷干净，自然干燥，再移入烘箱中，干燥直到绝干；
六、将步骤五得到的板材浸入到步骤四获得的聚酰胺酸溶液中，放入真空烘箱中保持6～7h，然后取出，放入烘箱中干燥，再浸入到聚酰胺酸溶液中，重复浸入和干燥过程10～15次；
七、将步骤六处理后的板材放入微波马弗炉中进行加热处理，然后自然冷却，获得所述一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料，完成制备。
进一步的，步骤一所述纳米六方氮化硼质量与二胺化合物和二酐化合物总质量比为(0.001～0.15)：1。
进一步的，步骤二所述二胺化合物为4，4‘-二氨基二苯醚、对苯二胺、间位对苯二胺、1,5-二氨基萘、1,4-二氨基芘和1,4二氨基蒽中的一种或其中多种的混合。
进一步的，步骤三所述二酐化合物为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、1,3-二(3,4-二羧基苯)六氟丙烷二酐和3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐中的一种或其中多种的混合。
进一步的，步骤二所述二胺化合物与步骤三所述二酐化合物的摩尔比为1:1。
本发明通过在极性溶液加入超声纳米氮化硼然后加入不同种二胺和二酐的缩合制备出固含量较低的聚酰胺酸(PAA)溶液，利用层层浸涂法在木材表面形成一层均匀光滑的壳层结构，提高了木材多方面的性能，为木材改性以及木材和高性能有机材料的聚合提供了一种新的思路。
本发明的有益效果：
本发明合成的壳层具有良好的力学性能，低温和高温下稳定性良好，使得改性后的木材能够在较为恶劣的环境下依旧保持良好的性能，而微波辅助下部分形成的聚酰亚胺热稳定性极高并且离火自熄，且材料在遇到明火后，剩余的聚酰胺酸会在较较短时间内转为成聚酰亚胺，在这个过程中聚酰胺酸会吸热并脱水，并且由于六方氮化硼的存在使得壳层散热性能改善，复合材料的阻燃性能大幅度提高，在燃烧过程中，聚酰亚胺壳层会膨胀，并形成孔洞，使得内部的木材依旧保持良好的性能，显示出作为结构用件的潜力。
本发明利用木材的多孔特性，合成了高性能的聚酰胺酸溶液，通过浸渍和浸涂工艺在木材内部形成过渡层并在表面形成聚酰胺酸壳层，使得木材和高性能的聚酰亚胺前驱体相结合，浸涂工艺可以获得比其他工艺更均匀且无气泡的壳层，实现壳层的可控性，而真空浸渍产生的过渡层会使得聚酰胺酸壳层与木材结合的更加紧密，防止壳层从木材表面脱落从而失去对木材的保护作用，解决了高分子量的聚酰胺酸无法完全浸没木材的问题，聚酰胺酸是一种优异的成膜物质，附着在木材表面，在微波辅助亚胺化后，会形成高模量力学性能优良的聚酰亚胺，使得复合材料具有十分优良的力学性能，并且保持了木材质轻低密度的特点。
本发明合成的部分亚胺化的聚酰胺酸壳层具有极高的可设计性，可以通过对所用二胺与二酐的选择与改性，来达到预期的功能，且聚酰胺酸与除纳米氮化硼外许多无机纳米离子均具有很好的相容性，可以通过物理掺杂以获得不同的性能提升，并且合成的纳米氮化硼掺杂聚酰胺酸壳层具有极高的透明度，在提升木材多种性能的同时还保留木材天然的花纹，并且颜色更加饱满，显示出作为装饰材料的潜力。
与其他聚酰亚胺改性木材的方式相比，放弃了300度高温处理以及吡啶等有毒试剂的化学处理，节约能源且过程更加绿色环保，表面处理壳层厚度可控，可以根据实际需求以及功能需要来选择不同的壳层厚度，且处理方式简单，反应涉及的仪器少，制备工艺简单，整个过程更加容易控制。
本发明用于木材改性领域。
附图说明
图1为实施例一制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料的照片；
图2为实施例一制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料截面的SEM图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将纳米六方氮化硼加入到N，N-二甲基乙酰胺中搅拌并超声，然后静置12h，获得六方氮化硼分散液；
二、将二胺化合物加入到步骤一获得的六方氮化硼分散液中，搅拌至完全溶解，获得混合溶液；
三、将二酐化合物分多次加入到步骤二获得的混合溶液中，加入过程伴随搅拌，然后在室温、氮气氛围条件下搅拌8～12h进行反应，得到淡黄色透明粘稠PAA溶液；
四、将步骤三所得PAA溶液放入冰箱中，控制温度为0～4℃，保持48～50h，进行陈化消泡处理，获得聚酰胺酸溶液；
五、将木材裁成板材，用丙酮和无水乙醇清洗后用去离子水冲刷干净，自然干燥，再移入烘箱中，干燥直到绝干；
六、将步骤五得到的板材浸入到步骤四获得的聚酰胺酸溶液中，放入真空烘箱中保持6～7h，然后取出，放入烘箱中干燥，再浸入到聚酰胺酸溶液中，重复浸入和干燥过程10～15次；
七、将步骤六处理后的板材放入微波马弗炉中进行加热处理，然后自然冷却，获得所述一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料，完成制备。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述纳米六方氮化硼的平均粒径为50nm，所述N，N-二甲基乙酰胺在使用前进行纯化，并储存在4A分子筛上。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一超声采用细胞粉碎仪，控制功率设置为480～600W，时间为30min。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述纳米六方氮化硼质量与二胺化合物和二酐化合物总质量比为(0.001～0.15)：1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述二胺化合物为4，4‘-二氨基二苯醚、对苯二胺、间位对苯二胺、1,5-二氨基萘、1,4-二氨基芘和1,4二氨基蒽中的一种或其中多种的混合。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三所述二酐化合物为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、1,3-二(3,4-二羧基苯)六氟丙烷二酐和3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐中的一种或其中多种的混合。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二所述二胺化合物与步骤三所述二酐化合物的摩尔比为1:1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤五所述木材为椴木、速生杨木或巴沙木。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤六首次干燥时间为30min，后续每次干燥时间为10～20min。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤七所述加热处理过程为：在100℃温度下加热1h，再在150℃温度下加热1h，加热过程马弗炉中充氮气保护。其它与具体实施方式一至九之一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
实施例一：
本实施例一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将3g纳米六方氮化硼(h-BN)加入到100mL异丙醇和100mL去离子水的混合液中,搅拌并超声5min后转移到带冰浴的细胞粉碎仪中，控制功率为480W处理20min，然后在4000rpm下离心30min，收集上清液，在真空烘箱中70℃干燥，研磨；
将0.5928g处理后的纳米六方氮化硼放入烧杯中，加入40.90g纯化后的N，N-二甲基乙酰胺，采用细胞粉碎仪控制功率为600W处理30min，然后静置12h，获得六方氮化硼分散液；
所述纳米六方氮化硼平均粒径为50nm；所述N，N-二甲基乙酰胺在使用前进行纯化，并储存在4A分子筛上；
二、步骤一获得的六方氮化硼分散液移入带有机械搅拌装置的三口烧瓶中，加入1.6g重结晶纯化的4，4‘-二氨基二苯醚，机械搅拌至完全溶解，获得混合溶液；
三、将2.352g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐分成4份，每30min加入一份到步骤二获得的混合溶液中，加入过程伴随搅拌，并提高转速到800rpm，然后在室温、氮气氛围条件下搅拌10h进行反应，得到淡黄色透明粘稠PAA溶液；
四、将步骤三所得PAA溶液放入烧杯中用保鲜膜封口，再放入冰箱中，控制温度为0～4℃，保持48h，进行陈化消泡处理，获得聚酰胺酸溶液；
五、将表面无明显缺陷的杨木裁成板材，用丙酮和无水乙醇清洗后用去离子水冲刷干净，自然干燥24h，再移入烘箱中103℃干燥直到绝干；
六、将步骤五得到的板材浸入到步骤四获得的聚酰胺酸溶液中，用滤网和重物压住，放入真空烘箱中保持6h，每30min释放一次真空，然后取出，除去多余的浸渍液，放入60℃烘箱中干燥，记为层1，再浸入到聚酰胺酸溶液中，重复浸入和干燥过程14次，记层数至15；
首次干燥时间为30min，后续每次干燥时间为15min；
七、将步骤六处理后的板材放入微波马弗炉中进行加热处理，加热处理过程为：在100℃温度下加热1h，再在150℃温度下加热1h，加热过程马弗炉中充氮气保护；然后自然冷却，获得所述一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料，完成制备。
本实施例制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料包括h-BN掺杂的PAA(ODA/S-BPDA)壳层以及无缺陷的杨木芯层，其中部分亚胺化的PAA壳层为ODA与S-BPDA聚合而成，厚度为250-300μm，h-BN的平均粒径为50nm，且与PAA的质量比为0.15：1。
图1为实施例一制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料的照片；由图可以看出，壳层表面平整光滑，且对木纹没有阻挡，壳层表现出较高的透明度，并且显著提升了木材的质感。图2为实施例一制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料截面的SEM图；由图可以看出，壳层在真空负压下会浸入木材，在木材内形成过渡层，大大提高了壳层与木材的连接。
实施例二：
本实施例一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将3g纳米六方氮化硼(h-BN)加入到100mL异丙醇和100mL去离子水的混合液中,搅拌并超声5min后转移到带冰浴的细胞粉碎仪中，控制功率为480W处理20min，然后在4000rpm下离心30min，收集上清液，在真空烘箱中70℃干燥，研磨；
将0.3912g处理后的纳米六方氮化硼放入烧杯中，加入35.48g纯化后的N，N-二甲基乙酰胺，采用细胞粉碎仪控制功率为600W处理30min，然后静置12h，获得六方氮化硼分散液；
所述纳米六方氮化硼平均粒径为50nm；所述N，N-二甲基乙酰胺在使用前进行纯化，并储存在4A分子筛上；
二、步骤一获得的六方氮化硼分散液移入带有机械搅拌装置的三口烧瓶中，加入0.864g重结晶纯化的对苯二胺，机械搅拌至完全溶解，获得混合溶液；
三、将1.744g均苯四甲酸二酐分成4份，每30min加入一份到步骤二获得的混合溶液中，加入过程伴随搅拌，并提高转速到800rpm，然后在室温、氮气氛围条件下搅拌10h进行反应，得到淡黄色透明粘稠PAA溶液；
四、将步骤三所得PAA溶液放入烧杯中用保鲜膜封口，再放入冰箱中，控制温度为0～4℃，保持48h，进行陈化消泡处理，获得聚酰胺酸溶液；
五、将表面无明显缺陷的杨木裁成板材，用丙酮和无水乙醇清洗后用去离子水冲刷干净，自然干燥24h，再移入烘箱中103℃干燥直到绝干；
六、将步骤五得到的板材浸入到步骤四获得的聚酰胺酸溶液中，用滤网和重物压住，放入真空烘箱中保持6h，每30min释放一次真空，然后取出，除去多余的浸渍液，放入60℃烘箱中干燥，记为层1，再浸入到聚酰胺酸溶液中，重复浸入和干燥过程14次，记层数至15；
首次干燥时间为30min，后续每次干燥时间为15min；
七、将步骤六处理后的板材放入微波马弗炉中进行加热处理，加热处理过程为：在100℃温度下加热1h，再在150℃温度下加热1h，加热过程马弗炉中充氮气保护；然后自然冷却，获得所述一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料，完成制备。
本实施例制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料包括h-BN掺杂的PAA(PDA/PMDA)壳层以及无缺陷的杨木芯层，其中部分亚胺化的PAA壳层为PDA与PMDA聚合而成，厚度为250-300μm，h-BN的平均粒径为50nm，且与PAA的质量比为0.15：1。
实施例三：
本实施例一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将3g纳米六方氮化硼(h-BN)加入到100mL异丙醇和100mL去离子水的混合液中,搅拌并超声5min后转移到带冰浴的细胞粉碎仪中，控制功率为480W处理20min，然后在4000rpm下离心30min，收集上清液，在真空烘箱中70℃干燥，研磨；
将0.3584g处理后的纳米六方氮化硼放入烧杯中，加入26.347g纯化后的N，N-二甲基乙酰胺，采用细胞粉碎仪控制功率为600W处理30min，然后静置12h，获得六方氮化硼分散液；
所述纳米六方氮化硼平均粒径为50nm；所述N，N-二甲基乙酰胺在使用前进行纯化，并储存在4A分子筛上；
二、将步骤一获得的六方氮化硼分散液移入带有机械搅拌装置的三口烧瓶中，加入0.8g重结晶纯化的4，4‘-二氨基二苯醚和0.432g对苯二胺，机械搅拌至完全溶解，获得混合溶液；
三、将2.352g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐分成4份，每30min加入一份到步骤二获得的混合溶液中，加入过程伴随搅拌，并提高转速到800rpm，然后在室温、氮气氛围条件下搅拌10h进行反应，得到淡黄色透明粘稠PAA溶液；
四、将步骤三所得PAA溶液放入烧杯中用保鲜膜封口，再放入冰箱中，控制温度为0～4℃，保持48h，进行陈化消泡处理，获得聚酰胺酸溶液；
五、将表面无明显缺陷的杨木裁成板材，用丙酮和无水乙醇清洗后用去离子水冲刷干净，自然干燥24h，再移入烘箱中103℃干燥直到绝干；
六、将步骤五得到的板材浸入到步骤四获得的聚酰胺酸溶液中，用滤网和重物压住，放入真空烘箱中保持6h，每30min释放一次真空，然后取出，除去多余的浸渍液，放入60℃烘箱中干燥，记为层1，再浸入到聚酰胺酸溶液中，重复浸入和干燥过程14次，记层数至15；
首次干燥时间为30min，后续每次干燥时间为15min；
七、将步骤六处理后的板材放入微波马弗炉中进行加热处理，加热处理过程为：在100℃温度下加热1h，再在180℃温度下加热1h，加热过程马弗炉中充氮气保护；然后自然冷却，获得所述一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料，完成制备。
本实施例制备的木芯聚酰亚胺壳层复合材料包括h-BN掺杂的PAA(ODA/PDA/S-BPDA)壳层以及无缺陷的杨木芯层，其中部分亚胺化的PAA壳层为PDA、ODA与S-BPDA聚合而成，且PDA与ODA的摩尔比为1:1，厚度为250-300μm，h-BN的平均粒径为50nm，且与PAA的质量比为0.1：1。
对比例1：
一、称取1.6g重结晶纯化的4，4‘-二氨基二苯醚加入到带有机械搅拌的三口烧瓶中并加入35.57g纯化后的N，N二甲基乙酰胺，机械搅拌30min直到4，4‘-二氨基二苯醚完全溶解；
二、称取2.352g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐并分成4份，每30min一份缓慢加入到步骤一的溶液中，边加入边搅拌并且逐渐提高搅拌速率，将整个装置置于室温下充氮气保护搅拌10h，获得10wt％的聚酰胺酸溶液；
三、将步骤二获得的溶液放入烧杯中用保鲜膜封口，放入0-4℃的温度下陈化消泡48h；
四、选择表面无明显缺陷的杨木，用丙酮和酒精清洗表面并用去离子水清洗干净，放于干燥阴凉透风处24h，后移入103±2℃的鼓风干燥机中干燥至质量不再发生明显变化；
五、称取100g10wt％的PAA(ODA/S-BPDA)溶液于培养皿中，将步骤四处理好的杨木完全浸没其中，并用滤网和重物压住，放入真空烘箱抽真空6h，每30min释放一次真空；
六、将步骤五中处理好的杨木从真空烘箱中取出，除去多余的浸渍液，放入60℃的烘箱中，记为层1，在表面干透后再将木材浸入到10wt％聚酰胺酸溶剂中，等到表面的聚酰胺酸溶液不滴落后再放入烘箱中，60℃干燥15min，如此重复14次，记为层数15；
七、将步骤六浸涂完的杨木放入微波磁控管和红外温控系统的微波马弗炉中于100℃、180℃下分别加热1h后放入干燥通风处自然冷却，获得复合材料。
所述的复合材料PAA壳层以及无缺陷的杨木芯层，其中部分亚胺化的PAA壳层为ODA与S-BPDA聚合而成，厚度为250-300μm。
性能测试：
力学性能：拉伸性能测试按照ASTM D638标准进行，拉伸速度为5mm/min。弯曲性能测试按照ASTM D790标准进行，三点弯曲模式，跨距64mm，载荷加载速度1.9mmm/min，力学性能检测结果如表1。
阻燃抑烟性能：采用锥形量热仪检测复合材料阻燃抑烟性能，按照国际标准ISO5660-1-2002进行，辐射功率为35KW/m2，阻燃抑烟性能检测结果如表2。
表1力学测试结果
对照组 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
抗压强度/MPa 6.57 12.5 13 12.2 9
弯曲强度/MPa 10.2 30.4 27 31.2 24.5
弯曲模量/GPa 1.2 1.7 2.1 1.9 1.6
冲击强度/kJ/m2 4.4 7.5 8.2 8.1 6.8
表2阻燃抑烟性能测试结果
对照组 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
点燃时间(S) 6 38 31 46 29
热释放速率峰(Kw/m2) 420 250 242 233 261
总热释放(MJ/m2) 27 42 45 38 47
总烟释放(m2(Kg-1sample) 1.3 0.90 0.87 0.98 1.1
残炭率(％) 12 32 29 39 26
由表中数据可知，复合材料的力学强度大幅度提升，且与所用的二胺和二酐种类密切相关，并且当用两种及以上二胺或二酐进行共聚时，性能会进一步提升。通过实例1-3与对照组对比可得，材料的点燃时间大幅的延长，这对于降低火灾的产生和逃跑时间的争取都具有十分重要的意义，并且壳层还具备抑烟效果，并且大幅度降低了热释放的峰值，这些在火灾实际发生过程都有十分重要的意义，证明复合材料在阻燃方面的优秀水平。
以上，对本发明的实施方式进行了示例性的说明。但是，本发明的保护范围不拘囿于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将纳米六方氮化硼加入到N，N-二甲基乙酰胺中搅拌并超声，然后静置12h，获得六方氮化硼分散液；
二、将二胺化合物加入到步骤一获得的六方氮化硼分散液中，搅拌至完全溶解，获得混合溶液；
三、将二酐化合物分多次加入到步骤二获得的混合溶液中，加入过程伴随搅拌，然后在室温、氮气氛围条件下搅拌8～12h进行反应，得到淡黄色透明粘稠PAA溶液；
四、将步骤三所得PAA溶液放入冰箱中，控制温度为0～4℃，保持48～50h，进行陈化消泡处理，获得聚酰胺酸溶液；
五、将木材裁成板材，用丙酮和无水乙醇清洗后用去离子水冲刷干净，自然干燥，再移入烘箱中，干燥直到绝干；
六、将步骤五得到的板材浸入到步骤四获得的聚酰胺酸溶液中，放入真空烘箱中保持6～7h，然后取出，放入烘箱中干燥，再浸入到聚酰胺酸溶液中，重复浸入和干燥过程10～15次；
七、将步骤六处理后的板材放入微波马弗炉中进行加热处理，然后自然冷却，获得所述一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料，完成制备。
2.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述纳米六方氮化硼的平均粒径为50nm，所述N，N-二甲基乙酰胺在使用前进行纯化，并储存在4A分子筛上。
3.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤一超声采用细胞粉碎仪，控制功率设置为480～600W，时间为30min。
4.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述纳米六方氮化硼质量与二胺化合物和二酐化合物总质量比为(0.001～0.15)：1。
5.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤二所述二胺化合物为4，4‘-二氨基二苯醚、对苯二胺、间位对苯二胺、1,5-二氨基萘、1,4-二氨基芘和1,4二氨基蒽中的一种或其中多种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤三所述二酐化合物为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、1,3-二(3,4-二羧基苯)六氟丙烷二酐和3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐中的一种或其中多种的混合。
7.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤二所述二胺化合物与步骤三所述二酐化合物的摩尔比为1:1。
8.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤五所述木材为椴木、速生杨木或巴沙木。
9.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤六首次干燥时间为30min，后续每次干燥时间为10～20min。
10.根据权利要求1所述的一种木芯聚酰亚胺壳层复合材料的制备方法，其特征在于步骤七所述加热处理过程为：在100℃温度下加热1h，再在150℃温度下加热1h，加热过程马弗炉中充氮气保护。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060124693A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-15 Meloni Paul A Thermally conductive polyimide film composites having high mechanical elongation useful as a heat conducting portion of an electronic device
CN102702743A (zh) * 2012-04-19 2012-10-03 东华大学 高韧性高导热环氧-亚胺树脂体系及其制备方法和应用
CN104774331A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 东华大学 一种制备聚酰亚胺/表面接枝氨基酸的改性羟基磷灰石杂化膜的方法
CN104892968A (zh) * 2015-07-02 2015-09-09 河北工业大学 一种高导热六方氮化硼/聚酰亚胺复合材料的制备方法
CN114193570A (zh) * 2021-12-26 2022-03-18 福建省顺昌县升升木业有限公司 一种耐酸性杉木板材的制备方法
CN115948053A (zh) * 2023-01-03 2023-04-11 吉林大学 一种3d导热骨架/聚酰亚胺导热复合材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060124693A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-15 Meloni Paul A Thermally conductive polyimide film composites having high mechanical elongation useful as a heat conducting portion of an electronic device
CN102702743A (zh) * 2012-04-19 2012-10-03 东华大学 高韧性高导热环氧-亚胺树脂体系及其制备方法和应用
CN104774331A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 东华大学 一种制备聚酰亚胺/表面接枝氨基酸的改性羟基磷灰石杂化膜的方法
CN104892968A (zh) * 2015-07-02 2015-09-09 河北工业大学 一种高导热六方氮化硼/聚酰亚胺复合材料的制备方法
CN114193570A (zh) * 2021-12-26 2022-03-18 福建省顺昌县升升木业有限公司 一种耐酸性杉木板材的制备方法
CN115948053A (zh) * 2023-01-03 2023-04-11 吉林大学 一种3d导热骨架/聚酰亚胺导热复合材料及其制备方法

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